石油化工企业凝结水回收方案的选择*

王春峰，孙惠山，姜继伟，郭宣华

（中国石油华东勘察设计研究院，山东青岛266071）

石油化工企业凝结水回收方案的选择*

王春峰，孙惠山，姜继伟，郭宣华

（中国石油华东勘察设计研究院，山东青岛266071）

介绍了石油化工企业中常用的凝结水回收的方法，分析了开式回收系统的优缺点，介绍了闭式回收装置的原理、应用方法，并阐述其优缺点及应用领域，指出闭式回收应该为凝结水回收系统设计的首选方案。

凝结水回收；节能；节水

石油化工企业生产过程中需要大量的蒸汽作为加热介质。加热蒸汽释放显热与汽化潜热加热工艺物料，从而产生大量的凝结水。蒸汽放热后变为近乎同温同压的饱和凝结水，含有的热量可达蒸汽全部热量的20%～30%[1]。这样的凝结水具有两个特点：其一，凝结水的温度高，是相应压力下的饱和水，本身含有高品位的热能，同时高温凝结水是由蒸汽凝结而来，基本不含盐与氧，是作为锅炉补水的优质水源；其二，蒸汽通过与工艺物料的换热产生凝结水，由于设备泄漏、腐蚀等原因，凝结水中的油含量、铁离子含量超标，如果直接作为锅炉补给水不符合标准，需要处理以后才能使用。

凝结水的回收既是一种节能措施又是一种节水措施，在石化企业当中越来越受到重视。然而凝结水的回收再利用是一个系统的工程，涉及到疏水阀系统，凝结水回收系统，凝结水处理系统等三部分的内容。关于凝结水的处理系统方案，凝结水系统的管路设计注意事项[2]，已经有相关文献给予系统论述，本文仅就凝结水回收系统进行讨论。

长期以来凝结水回收都面临着一对无法避免的矛盾，即一方面尽可能提高回收温度，提高余热回收率；另一方面高温凝结水又给回收系统增大了难度。首先是水的温度高会发生气蚀，其次疏水阀漏气会使系统的含汽量增加，改变凝结水管网的流态，不利于输送。这是凝结水回收系统必须面临的一个问题。

凝结水回收系统从回收形式上分为开式回收和闭式回收两大类[3]。开式回收系统是过去设计常采用的形式，这种回收形式的基本思想是系统设置开口通大气的闪蒸罐，冷凝水进入闪蒸罐后闪蒸降温，闪蒸的二次蒸汽排入大气，闪蒸以后的冷凝水降温后用泵送入后续的凝结水处理系统。这种回收工艺，造价低、适应性强、操作也简单，同时通过闪蒸降低了水的温度，方便了凝结水的输送。这是过去常用的回收办法，然而这种回收方式却有其自身不能克服的弊端：

泄漏蒸汽和闪蒸蒸汽都排入大气，浪费了大量的热量。同时放空的蒸汽夹带了大量的水分，也浪费了水资源。总的来讲，余热回收率不会超过50%，除盐水回收率不会超过70%左右[4]。

闪蒸的二次蒸汽在工厂内会造成白色污染，妨碍操作人员的视线。冬天二次蒸汽会很快凝固成小冰晶落在地面上，造成路面湿滑，影响操作人员通行。更应注意的是冬天二次蒸汽会在装置的框架上结成冰镏子，当冰镏子落下的时候会对操作人员的生命造成危险。

凝结水闪蒸后虽然温度降低，但是当用水泵抽水的时候，还是要有部分的凝结水汽化，造成水泵的汽蚀。因而凝结水罐必须设置在高位。

开式回收系统的闪蒸罐与大气接触的位置，使空气中的氧气进入凝结水，在较高的凝结水温下，管道的氧腐蚀很严重。

基于以上几点，现在的冷凝水回收技术已经放弃了开式回收的方案，而闭式回收系统以其节能、节水、环保的特点异军突起，在冷凝水回收领域做出很大贡献。下面将常用的闭式回收方案予以介绍。

1 常用的闭式凝结水回收方案

1.1 蒸汽压力输送

在工艺装置中回收凝结水量较大时通常不采用疏水阀，而是采用并联连通凝结水罐的处理方法，这样既能回收凝结水，又能利用蒸汽的压力作为凝结水输送的动力。换热器内部凝结水的水位和凝结水罐内的水位相同，利用物料出口的温度调节凝结水出口的流量。没有了疏水阀，减少了疏水阀的压力损失。凝结水罐作为凝结水量的一种缓冲手段。这种方法需要精确的计算管路的压力损失，如果进口蒸汽的压力不能达到要求，则这种方式不能采取。流程工艺如图1所示。

工艺装置内部还有很多其他工艺路线方案可以利用作为凝结水的回收方案。除了利用蒸汽以外，还可以利用空气，氮气等不凝性气体作为输送动力源。

1.2 气动泵输送

气动输送泵的原理是利用泵体内凝结水的浮力带动浮球运动，与浮球联动的执行机构向泵体注入气体加压，将水排出，泵体内气体泄压，凝结水进入，这是一个间断的过程。原理如图2。

从换热设备出来的低压冷凝水进入气动泵，此时，动力蒸汽或动力空气的进气阀门关闭，出气阀门开启，冷凝水进口阀门开启，出口阀门关闭。此时设备内部的浮球受浮力上浮。当设备内部的凝结水达到一定水位的时候，与浮球联动的机构动作，动力蒸汽和空气的进气阀门开启，出气阀门关闭，冷凝水进口阀门关闭，出口阀门开启，全部阀门的开关状态和开始的时候相反，泵体内压力增大将凝结水排出。随着凝结水排出，液位降低；当浮球达到低液位的时候，动力蒸汽和空气的进气阀门关闭，出气阀门开启，重新进入下一轮的进水过程。

此种设备的优点是无需电机驱动，无叶轮机械，可防止出现气蚀、泄漏等现象，使用寿命长，对凝结水的水质无严格要求。但这种系统的输送方式决定了该设备只能在凝结水温度低，流量和扬程不高的情况下使用，尤其是很难达到高扬程。再者这种泵的流动形式为间断输送，在寒冷地区使用的时候要严格保温，甚至伴热，因为小流量的时候，泵的动作时间过长，管道内的凝结水由于管路过长散热而发生冰冻，导致凝结水输送管路不能正常工作。

在国内的市场上气动泵主要依靠进口，美国的斯派莎克（SpiraxSarco），美国的阿姆斯壮（Armstrong Co）等公司的产品，其原理与结构大致相同。

1.3 闭式凝结水回收装置输送

此种凝结水回收方式是近年来国内比较流行的方法，工作原理为凝结水经过换热器后进入回收装置进行汽水分离，然后经除污设备，进入凝结水泵，然后利用凝结水泵将凝结水加压后送入系统管网。

这个过程中关键的问题是如何解决水泵的汽蚀问题，凝结水经汽水分离以后成为饱和水，水泵的入口压力低于饱和压力，会有大量的气泡产生，汽泡进入泵后受压破裂，对泵的叶轮产生冲击，破坏。

经过长时间的摸索，解决汽蚀的问题方法主要有两种：

（1）泵打回流，此种方法的核心思想是将泵出口的高压水通过导管引到泵的入口处，增加泵入口的压力，从而防止出现汽蚀，根据饱和水的温度不同，回流量也不同，需要详细计算。此种方法实际上牺牲能量，换取解决汽蚀的方法。这种方式的特点能够处理高温高压的凝结水，流程见图3。

（2）通过多级水封定压

此种方法为保证泵入口处压力高于饱和压力，凝结水经汽水分离以后沿导流装置进入余压利用装置。此装置内部设置自动调压装置，大部分采用多级水封与“U”形管原理，不同的是调压装置内设置了若干个单向压力阀，阀压根据凝结水余压单独设计[5]。

此外，在泵的入口设置导流设置，保证水进入泵吸入口的时候不会出现降水漏斗及漩涡，防止漩涡把蒸汽携带进入泵体。该装置称为汽蚀消除装置，原理见图4。

该设备的特点是不采用打回流的办法增加泵入口的压力，从节能的角度效果较好，在温度低于150℃凝结水的回收效果较好。但由于其自身设计的局限性，此种设备不宜用于高温高压凝结水。

1.4 蒸汽引射降温

此种方法的核心思想是采用文丘里式蒸汽喷射器，当高压蒸汽通过蒸汽喷射器的时候，在喷射器的喉管部分产生低压区，从而可以把低压蒸汽引入喷射器，实现低压蒸汽与高压蒸汽混合，同时凝结水实现低压闪蒸，凝结水的温度降低，便于输送[6]，蒸汽引射降温方法流程见图5。

低压的具体数据应根据工程实际情况计算，然后调节蒸汽的入口流量，合理选择喷射器。同时低压蒸汽和高压蒸汽混合，作为混合蒸汽参与工艺过程。这样既回收了凝结水同时也回收了二次蒸汽。该方案的实现关键是混合蒸汽的参数能够满足工艺要求。

2 结束语

以上介绍了凝结水回收常采用的形式，阐述了每一种回收设备的应用场合。同时值得注意的是凝结水回收没有固定的模式，应该根据工程的实际情况选择一种形式，或将几种形式结合，才能达到最优的效果。

[1]杨辉，陈贵军.高温凝结水回收及热能的梯级利用[J].节能，2010（1）：1-2.

[2]白瑛华.蒸汽凝结水回收系统中常见问题探讨[J].河南化工，2008（1）：1-11.

[3]李冰.工业企业蒸汽凝结水回收可行性分析[J].工程建设与设计，2008（11）：1-2.

[4]菜文海.蒸汽凝结水回收技术的几个问题[J].能源与环境，2005（2）：2-3.

[5]李树生.凝结水箱的更新换代产品—凝结水回收器问世[J].能源技术，1997（3）：2.

[6]孙可君.热泵式凝结水回收装置在燃料场的应用[J].燃料与染色，2008（8）：2-3.

Selection of Condensate Recovery Method in Petrochemical Enterprises

WANG Chun-feng，SUN Hui-shan，JIANG Ji-wei，GUO Xuan-hua

（CNPC EastChina Design Institute，Shandong Qingdao 266071，China）

Common condensate recovery methods in petrochemical enterprises were introduced.Advantages and disadvantages of open condensate recovery system were analyzed.Principle and application field of closed condensate recovery system were discussed as well as its advantages and disadvantages.It was pointed out that closed condensate recovery system was the first scheme during design of condensate recovery system.

Condensate recovery；Saving energy；Saving water

TQ085+.2

A

1671-0460（2010）02-0162-03

2009-11-11

王春峰（1979-），男，河北沧州人，硕士，工程师，2006年毕业于河北工业大学，从事炼油厂热工设计工作。

E-mail:wangchunfeng2010@126.com，电话：0532-83871210。